CN102705072B - 标定涡轮增压器的方法 - Google Patents

Abstract

通过标定涡轮增压器的方法设定涡轮增压器的可变喷嘴(6)的标定流量位置，涡轮增压器包括涡轮机(2)和压缩机(1)。在此方法中，涡轮增压器通过预定流体供应来驱动。而且，改变可变喷嘴(6)的流量位置同时监测涡轮增压器的转速(N)或压缩机(1)的出口压力(P_2C)。标定流量位置基于监测的参量被固定。

Description

标定涡轮增压器的方法

本申请是2009年1月16日提交的、名称为“标定涡轮增压器的方法”、申请号为200780026954.8的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种标定包括涡轮机和压缩机的涡轮增压器以设置涡轮增压器可变喷嘴的标定流量位置的方法。

背景技术

为了提高内燃机的热效率来减少其燃料消耗，包括可变喷嘴(VNT)的涡轮增压器系统被广泛应用。这种可变喷嘴是可调整的以使通道面积和/或喷嘴的几何形状能够在最小流量位置和最大流量位置之间进行设置。

根据已知技术，可变喷嘴由具有最大流量位置和最小流量位置的停止位置的致动机构操作。在这种系统中，假设每个单个涡轮增压器的机械的和流量的相关结构位于一定的范围内。但是，近来对装备有这样的涡轮增压器系统的内燃机的排气测量的要求变得更加严格了。因此，各个涡轮增压器产品之间的偏差不再是可以忽略的。

发明内容

本发明的目的是提供一种标定涡轮增压器的方法，该方法能够减小各个涡轮增压器产品之间的特性偏差，特别是其最小流量位置的偏差。

具有独立权利要求特征的标定涡轮增压器的方法解决了该目的。从属权利要求限定了更多的有利改进。

根据本发明的第一方面，标定包括涡轮机和压缩机的涡轮增压器以设置所述涡轮增压器可变喷嘴的标定流量位置的方法包含以下步骤：通过预定流体供应来驱动涡轮增压器；改变所述可变喷嘴的流量位置，同时监测涡轮增压器的转速；当监测的涡轮增压器的转速达到预定速度时设定可变喷嘴的流量位置为标定流量位置。

根据本发明的第一方面，涡轮增压器基于涡轮增压器的转速进行标定。因此，影响涡轮增压器系统特性的各个产品之间的差异可根据把涡轮增压器的转速看作是必要的常数进行调整。

根据本发明的第二方面，标定包括涡轮机和压缩机的涡轮增压器以设置所述涡轮增压器的可变喷嘴的标定流量位置的方法包含以下步骤：通过预定流体供应来驱动涡轮增压器；改变所述可变喷嘴的流量位置，同时监测所述压缩机的出口压力；当监测的所述压缩机的出口压力达到预定压力时设定可变喷嘴的流量位置为标定流量位置。

根据本发明的第二方面，压缩机的出口压力在各个产品之间保持恒定的值，以便补偿由于涡轮增压器系统的制造引起的任何偏差。

应该注意到根据本发明的第一方面和第二方面的解决方案能够适当地互相结合。特别地，涡轮增压器的转速和压缩机的出口压力能够被用来标定涡轮增压器系统的最小流量位置。

根据本发明的优选方案，标定流量位置是所述可变喷嘴的最小流量位置。特别地，最小流量位置是喷嘴范围的精密部分，该喷嘴范围由涡轮增压器系统的制造引起。因此，将流量位置标定到最小流量位置是最有利的。

根据本发明的优选方案，在改变流量位置的步骤中，可变喷嘴的流量位置从开启位置向闭合位置变化。可变喷嘴的流量位置从开启位置向闭合位置的变化对应于涡轮增压器系统的一个实际运行过程。因此，标定的精确性能够得到提高。

根据本发明的优选方案，为了通过预定流体供应来驱动涡轮增压器，通过所述的可变喷嘴把空气供应到涡轮增压器的涡轮机的进口。空气可以通过简单的方式处理并且可以在任何试验台处提供。

根据本发明的优选方案，监测空气供应的压力和/或温度。了解空气供应的压力和/或温度是提高标定方法再现性的一个选择。

根据本发明的优选方案，空气供应的压力和/或温度被控制为基本恒定。如上所述，标定方法的再现性能够被提高。因此，在根据本发明的方法所标定的所有涡轮增压器中空气供应的热力学特性应该是相同的。

根据本发明的优选方案，涡轮机的出口是不受限制的。保持涡轮机的出口不受限制，即，不在出口上设置任何节流口，这就更加提高了标定方法的再现性。

根据本发明的优选方案，润滑剂被供应进入和排出待润滑的涡轮增压器的各部分。涡轮增压器系统的润滑是必需的，以便提供与实际运行相当的涡轮增压器系统的工作状态。这更加提高了标定的精确性。

根据本发明的优选方案，进入和排出涡轮增压器的润滑剂的压力和/或温度被监测。而且，进入和排出涡轮增压器的润滑剂的压力和/或温度被控制在预定范围内。保持润滑剂的压力和/或温度在预定范围内会进一步提高标定的再现性和提供确定的工作状态。

根据本发明的优选方案，所述压缩机的进口与大气空气连接并且其出口设置有扼流孔板。因为对扼流孔板的出口压力检测方便，所以在压缩机的出口设置扼流孔板提高了标定的精确性。特别地，在其出口包含扼流孔板的压缩机的热力学特性适用于根据本发明的标定方法。

根据本发明的优选方案，压缩机进口和/或出口处空气的温度和/或压力被监测。为了提供涡轮增压器系统的确定的工作状态，压缩机系统的热力学参量应该是可用的。这将更进一步提高标定的再现性。

根据本发明的优选方案，设定改变可变喷嘴流量位置的致动速度使涡轮增压器的转速至少接近稳态速度。

而且，更优选地设定改变可变喷嘴流量位置的致动速度使压缩机的出口压力至少接近稳态压力。因为消除了由于控制所述参量的变化引起的任何偏差，所以使用涡轮增压器的稳态速度和/或稳态压力提高了标定的精确性。

根据本发明的优选方案，已确定的标定流量位置被设定为涡轮增压器的致动机构的停止器(stop)。优选地，所述的停止器形成为用于限定已确定的标定流量位置的可调的和可固定的元件。因此，已确定的标定流量位置能够被确定上限且固定地调节使涡轮增压器系统可具有不变的该标定流量位置。

附图说明

本发明更多的优点和效果基于附图由下面的说明变得更加清楚。

图1是在工作台上准备进行标定的涡轮增压器系统的示意图。

图2是根据本发明第一实施例的标定方法的流程图。

图3是根据本发明第二实施例的标定方法的流程图。

具体实施方式

下面，结合附图对本发明的优选实施例进行更详细的说明。

第一实施例

图1显示了准备进行本发明标定方法的涡轮增压器系统。应该注意到图1中仅显示了涡轮增压器的必要零部件和用于说明本发明的标定方法所必需的其他细节。

图1中的涡轮增压器包括由轴3连接的压缩机1和涡轮机2。在图中，压缩机1由压缩机叶轮表示并且涡轮机2由涡轮机叶轮表示。轴3可旋转地支撑在轴承组件4上，轴承组件4由通过供油设备操作的液压轴承形成。

压缩机1包括进口和出口。在压缩机的出口设置有节流口5。该节流口5具有固定的节流效果。

涡轮增压器的涡轮机2包括进口和出口。在进口设置有具有已知结构的可变喷嘴6。该可变喷嘴可通过沿涡轮增压器的轴线方向可移动的插入件，通过包括叶片的装置或通过它们的组合来形成，所述叶片设置在环形通道中以使流体流过以驱动涡轮机。下面，只要喷嘴能够在最小流量位置和最大流量位置之间调节则可变喷嘴的结构没有限制。

为了执行本发明的标定方法，涡轮增压器被安装在试验台上(未示出)。接着，轴承装置4连接到供油设备上。轴承装置4的出口连接到出油口上。

压缩机的进口连通大气。节流口5的出口压力作为压缩机出口压力P_2C被监控。

涡轮机的进口连接到空气供应设备上。监测空气供应的温度和压力。具体地，检测涡轮机进口温度值T_1T和涡轮机进口压力值P_1T。而且，涡轮机的出口连接到试验台的排气系统上。监测涡轮机的出口压力P_2T。

安装在试验台上的涡轮增压器系统设置有检测轴3的速度N的速度传感器。而且，检测大气的压力和温度P₀和T₀。

检测值P_1OIL，T_1OIL，P_2OIL，P_1C，T_1C，P_2C，T_1T，P_1T，P_2T，N，P₀，T₀被提供给未示出的控制单元。该控制单元可以是能够接收，显示和处理上述检测值的任何类似计算机的系统。

为了准备用于标定方法的涡轮增压器，在安装在试验台上的涡轮增压器中，涡轮机2的进口连接到空气供应设备上，轴承组件4的进口和出口分别连接到供油设备和出油口上，并且启动对上述参量的检测。

结合图2说明根据本发明第一实施例的标定方法。

在步骤S100中，可变喷嘴6被设定成开启位置。具体地，致动可变喷嘴6使其位置实质上不同于闭合位置。

在步骤S101中，供油设备开启。而且，在步骤S102中，监测P_1OIL和T_1OIL，P_2OIL使这些值位于某个预定范围内。

在步骤S103中，空气被供应到涡轮机的进口。具体地，供应空气的流动速率缓慢地从零开始增加以便启动涡轮增压器的运行。流动速率缓慢增加以便增加涡轮增压器的速度并因此增加压缩机1的出口的压缩机出口压力P_2C。

在步骤S104中，监测P_1T，T_1T，N的值。具体地，监测涡轮机进口压力值P_1T和涡轮机进口温度值T_1T使其位于预定范围内。这一过程通过任何已知的提供闭环控制的控制系统自动实现。

在涡轮增压器系统达到和保持在确定的工作状态后，这就意味着，P_1OIL，T_1OIL，P_2OIL，T_1T，P_1T位于预定范围内，可变喷嘴6以预定的致动速度关闭。所述致动速度被确定使得涡轮增压器的旋转速度N和/或涡轮增压器的压缩机的压缩机出口压力P_2C缓慢变化从而建立至少接近稳态运行的工作状态。

在步骤S106中，涡轮增压器的转速N与预定的目标速度N_TARGET相比较。如果涡轮增压器的转速没有达到目标速度N_TARGET，可变喷嘴6就继续以步骤S105中确定的预定致动速度关闭。一旦涡轮增压器的转速N达到了目标速度N_TARGET，叶片位置就被固定。

作为一种任选，在达到涡轮增压器的预定目标速度N_TARGET后可变喷嘴6的位置可以在预定的期间内保持不变以保证运行处于稳态。

特别地，可以通过调节固定螺钉来固定叶片位置，固定螺钉构成可变喷嘴6的致动机构的停止器。但是，只要喷嘴的最小流量位置得到限定同时喷嘴能被开启，那么用于固定叶片位置的其它任何手段都可以被使用。

在固定了可变喷嘴6的位置后，标定就完成了。所以，拆除任何管线和供应设备且涡轮增压系统可以从试验台上拆除下来。

把涡轮增压器拆除后，下一台涡轮增压器就可以通过同样的方法进行标定。对于特定类型的涡轮增压器的各个生产线的各个产品，上面所提到的范围和参量一定要保持恒定。

根据本发明的基本构思，可变喷嘴6的最小流量位置通过将涡轮增压器的转速N用作标定量来进行标定。这意味着，某一生产线的各个涡轮增压器产品将在其余参量恒定的条件下在可变喷嘴6位于最小流量位置时达到目标速度N_TARGET。

第二实施例

本发明的第二实施例结合图3进行说明。涡轮增压器系统在试验台上的设置与第一实施例相同。

如下，仅仅说明第一实施例和第二实施例之间的不同之处。在第二实施例中，对安装在试验台上的涡轮增压器执行标定方法。根据此方法，可变喷嘴6被设定到开启位置(S200)，开启供油设备(S201)，监测P_1OIL，T_1OIL(S202)，并且空气被供应到涡轮机进口(S203)，如第一实施例。

在步骤S204中，监测涡轮机进口压力P_1T，涡轮机进口温度T_1T和压缩机出口压力P_2C。

然后，在步骤S205中，可变喷嘴以相应于第一实施例中步骤S105的预定致动速度闭合。

第一实施例和第二实施例之间的主要不同之处在于步骤S206，被监测的压缩机出口压力P_2C与预定的目标压力P_2CTARGET比较。这意味着涡轮增压器系统的标定是基于这样的事实：可变喷嘴6的叶片的最小流量位置应该在某个生产线的各个涡轮增压器产品中提供恒定的压缩机出口压力P_2C。

一旦压缩机出口压力P_2C达到目标压力P_2CTARGET，可变喷嘴6的叶片位置在对应于第一实施例步骤S107的步骤S207中被固定。其后，该涡轮增压器的标定过程完成并且可以对该生产线上的其它涡轮增压器重复进行标定，同时对各个生产线使上述的范围和参量保持恒定。

本发明已经通过优选实施例进行说明。但是，本发明并不局限于上述特别的实施例。

特别地，标定方法并不限于图1所示的涡轮增压器系统。相反，任何包括压缩机和涡轮机的涡轮增压系统都可以应用于本发明。

轴承装置4不限于油压轴承。可以使用任何轴承装置，如球轴承，滚子轴承或其组合。

Claims (5)

1.一种标定涡轮增压器的可变喷嘴的方法，其中可变喷嘴的位置通过连接于可变喷嘴的致动机构是可调的，可变喷嘴的位置在最小流量位置和最大流量位置之间是可调的，该方法包括步骤：

通过可变喷嘴将流体供应到涡轮机的进口，调节流体的流速直至涡轮机进口温度和涡轮机进口压力在预定范围内；

逐渐改变可变喷嘴的位置同时监测压缩机的出口压力，

当压缩机的出口压力达到预定压力时判定已经达到可变喷嘴的最小流量位置；以及

当可变喷嘴在最小流量位置时固定用于致动机构的机械停止器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中可变喷嘴的位置从开启位置向闭合位置变化以达到最小流量位置。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在供应步骤中，空气通过可变喷嘴被供应到涡轮机的进口，其中空气源的压力和/或温度被控制为基本恒定的值。

4.根据权利要求1所述的方法，其中进入和排出涡轮增压器的润滑剂的压力和/或温度被控制在预定范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其中压缩机进口和/或出口的压力和/或温度被控制在预定范围内。